13. Валы и оси. Назначение, конструирование и расчеты на прочность. Проектный расчет валов.
Вал – деталь, вращающаяся в подшипниках, служащая опорой и передающая крутящий момент
Вал испытывает действие вращающих и изгибающих моментов, поперечных и осевых нагрузок
Прямые
Коленчатые
Гибкие
Сплошные
Полые
Ось только поддерживает деталь , но крутящий момент не передает
Неподвижные
Вращающиеся
Валы и оси
Конструктивные элементы вала
Цапфа, шип – опорная часть вала, воспринимающая радиальную нагрузку на конце вала
Шейка – промежуточная опора
Пята - часть вала, воспринимающая осевую нагрузку
Фаска
Бурт
Галтель
Канавка
Др.
Валы и оси
Критерии работоспособности валов
Прочность статическая
Выносливость
Жесткость
Виброустойчивость
Износоустойчивость (если используются подшипники скольжения)
Валы и оси
Проектировочный расчет валов
Вопрос 14. Проверочные расчеты валов на статическую прочность и выносливость. Проверка валов на жесткость и виброустойчивость.
Проверочный расчет валов на статическую прочность.
Основные гипотезы:
Оси и валы рассматриваются, как балки.
Балки лежат на шарнирных опорах.
Валы нагружены внешними сосредоточенными силами от насадных деталей.
Порядок расчета на статическую прочность:
Составляется расчетная схема.
Определяются нагрузки на вал.
Определяются реакции опор.
Строятся эпюры изгибающих и крутящих моментов.
Рассчитываются напряжения в опасных сечениях.
Проверяется условие прочности.
Расчет валов на выносливость.
Нормальные напряжения от изгиба изменяются циклически при вращении вала
Смещение средней составляющей цикла напряжений могут вызывать: продольная сила, неуравновешенные силы инерции.
Касательные напряжения кручения изменяются пропорционально без реверса, симметричным – для реверсивных.
Напряженное состояние слабого места вала в расчете на выносливость.
Проверка на жесткость.
Нагрузки вызывают прогибы валов и повороты сечений. Упругие перемещения и повороты сечений увеличивают концентрацию нагрузок по ширине зубчатого венца, приводят к заклиниванию тел качения в подшипниках.
Изгибная
жесткость вала оценивается стрелой
прогиба вала – у и углом наклона упругой
линии к оси вала –
.
Крутильная жесткость оценивается углом
закручивания на единицу длины вала.
Жесткость вала проверяется условиями:
,
где
рад;
,
где
15. Подшипники. Подшипники качения. Назначение, классификация и конструкция. Кинематика. Динамика. Критерии работоспособности.
Подшипник - опора вращающейся детали
Основные типы подшипников
По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
подшипники качения; подшипники скольжения; газостатические подшипники; газодинамические подшипники; гидростатические подшипники; гидродинамические подшипники; магнитные подшипники.
Основные типы, которые применяются в машиностроении — это подшипники качения и подшипники скольжения.
Подшипники качения
Достоинства
Потери на трение очень малы
Малая зависимость трения от скорости
Малые пусковые моменты
Малый расход смазочных материалов, проще система смазки
Малый расход цветных металлов
Ниже требования к качеству валов
Недостатки
Высокие контактные напряжения
Повышенные габаритные размеры
Высокая стоимость в мелкосерийном производстве
Неспособность работать при ударных нагрузках
Низкая демпфирующая способность
Большой разброс срока службы
Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:
По виду тел качения
Шариковые,
Роликовые;
По типу воспринимаемой нагрузки
Радиальные,
Радиально-упорные,
Упорно-радиальные,
Упорные,
Линейные;
По числу рядов тел качения
Однорядные,
Двухрядные,
Многорядные;
По способности компенсировать перекосы валов
Самоустанавливающиеся,
Несамоустанавливающиеся
Кинематика
Шарик в подшипнике совершает планетарное движение.
Из формулы видно, что угловая скорость сепаратора зависит от размеров шариков.
Динамика
Центробежные силы расклинивают кольца и могут давит на сепаратор –повышаются трения и износ.
Для уменьшения усилий ограничивают угловую скорость вращающейся детали до 20000 об\мин
Критерии работоспособности. Можно отметить следующие основные причины потери работоспособности подшипников качения.
Усталостное выкрашивание беговых дорожек
Вмятины (пластическая деформация) на беговых дорожках
Разрушение сепаратора
Износ тел качения.
Основы расчета на контактную и изгибную выносливость зубьев колес
Расчет на контактную выносливость активных поверхностей зубьев ЗК
Формула
Герца